El Transmongoliano sigue el mismo recorrido que el Transiberiano entre Moscú y Ulan Ude, para luego atravesar las siguientes poblaciones en su camino hacia Mongolia y China:

* Separación del ramal Transiberiano (a 5655 km de Moscú)
* Naushki (5895 km), asentamiento ruso ubicado en la frontera
* Frontera entre Rusia y Mongolia (5900 km)
* Sühbaatar (5921 km), asentamiento mongol ubicado en la frontera
* Ulan Bator (6304 km), capital de Mongolia
* Zamiin Uud (7013 km), asentamiento mongol ubicado en la frontera
* Erlyan (a 842 km de Pekín), asentamiento chino ubicado en la frontera
* Datong (371 km)
* Pekín